常州地鐵1號線列車TCMS網絡通道故障診斷分析

臧偉

摘要：以常州地鐵1號線為例，分析了列車TCMS網絡通道及其故障診斷分析。通過對網絡通道故障的解決及分析，對網絡通道故障排查提出了更高要求。

關鍵詞：列車網絡控制系統;司機顯示單元;MVB網絡;網絡通道

一、引言

列車網絡監(jiān)控系統（TCMS系統），自身具備對列車牽引功能、制動系統及車輛各個設備運行狀態(tài)進行實時監(jiān)管和故障診斷等功能。在這些功能的作用下，實現了列車TCMS系統的運作。但是在應用列車TCMS系統過程中，因為受各種因素的影響，使得列車TCMS系統出現網絡通道通訊故障，從而影響自身功能的發(fā)揮和車輛運行安全。因此，需要對列車TCMS系統網絡通道故障高度重視，結合網絡控制原理及故障產生原因，采取對應的處理措施，減少列車TCMS系統問題出現，保障車輛運行安全，確保服務質量。

二、列車TCMS系統基本概述

TCMS系統是一個綜合性的列車控制和管理系統，采用分布式和模塊化設計，對列車運行狀態(tài)進行實時跟蹤和控制。常州地鐵1號線每列車的TCMS系統主要由以下設備構成：2個冗余的車輛控制單元VCU、兩路互為冗余的MVB總線、2個司機顯示單元DDU、8個遠程輸入輸出模塊RIOM、2個網絡中繼器Repeater等。TCMS主要控制檢測下列系統：空調控制系統（HVAC）、牽引控制系統（PCE）、輔助供電系統（ACE）、車門系統（EDCU）、乘客信息系統（PIS）、煙火報警（FAU）、弓網監(jiān)測（PCMU）、制動控制系統（BCU）等車輛系統。TCMS系統可以實現信息采集、邏輯運算、信息顯示以及列車故障存儲、列車事件記錄、在線故障跟蹤分析、故障/事件數據可視化等功能。還可以通過TCMS實現對牽引制動指令傳輸、空調工作模式、客室空調溫度控制及自動報站等功能。詳細的網絡拓撲結構如圖1所示。

三、網絡控制診斷方式

列車通信網絡由MVB總線構成，MVB總線貫穿整列車。車輛控制單元VCU連接在MVB總線上，能夠監(jiān)視、控制整列車，同時將診斷的信息發(fā)送到司機室顯示器上。一列車的兩個車輛控制單元互為冗余，當其中一個故障時，另外一個將自動接替它的工作，實現無縫切換。為了延長總線傳輸距離，確保長距離傳輸時信號的質量，在MP車設置了中繼器，連接兩端的 MVB 總線。車輛的每一個電子子系統（例如車門、制動系統等）集成了一個電子控制單元來監(jiān)測自己，未集成電子控制單元的電子子系統則會被VCU進行檢測。子系統的任何故障將被存儲在各子系統本身當中，每個子系統發(fā)送他們當前的故障信息給主VCU。VCU根據各子系統發(fā)送的信息，進行綜合處理診斷。VCU同時具備事件記錄儀（即EVR）功能、集成故障記錄儀（即FDL）功能，可為這些故障信息配置環(huán)境數據以輔助分析故障發(fā)生原因。在列車出現故障時，能通過故障提示，進行準確判斷和處理，車輛人員通過PTU下載VCU存儲的故障履歷和事件記錄，再根據故障及功能診斷邏輯表，迅速進行故障排查處理。

四、列車網絡通道故障產生原因

4.1設備故障因素

常州地鐵1號線列車TCMS系統MVB 網絡線路采用MVB1、MVB2雙通道結構，雙通道互為冗余，圖2為TC車MVB網絡控制圖。MVB1與MVB2又與多個設備相連，單個設備的網絡故障可能導致DDU顯示網絡故障。

當MVB1 通道正常，MVB2 通道雙線中有一條線路出現斷開情況時，MVB1通道能滿足正常運作;若MVB1通道同時出現故障時，DDU將顯示黑屏。在常州地鐵1號線多列車在正線運行和庫內列車喚醒階段，出現瞬間黑屏情況，并閃報“DDU通訊檢查中，請稍候！” 故障，間隔幾秒后故障恢復。在分別斷開MVB1、MVB2通道進行故障排查故障中，發(fā)現以MP1車中繼器為界TC1車、MP1車設備在線，M1、M2、MP2、TC2車設備掉線，檢查MP1車中繼器MVB2通道指示燈不亮，判斷為中繼器設備故障。

4.2人為操作因素

人為操作因素主要有主要兩方面原因：一是操作人員未嚴格按照網絡布線工藝標準（TBT3153-2007 鐵路應用機車車輛布線規(guī)則）執(zhí)行，在接線過程中，存在接線反接、虛接、破皮等情況;二是操作人員采用的的試驗方案存在缺陷，僅對型式試驗列車及其他列車單個設備進行了耐壓絕緣測試，未將整車網絡通道功能測試納入例行試驗或調試預驗收項點，導致列車在移交后存在帶隱患運行問題。在常州地鐵1號線及某地鐵2號線都發(fā)生了MVB 網絡通道插頭接線因松脫、虛接情況，導致網絡通道無法實現冗余功能。在單通道無法工作或者瞬間故障時，導致列車產生間斷提示通訊故障。

4.3自身傳輸原因

從車輛TCMS系統自身角度來說，會由于受到網絡干擾等因素影響，使得不能順利進行各項信息信號的傳遞和接收。例如網絡傳輸失誤，因為本身傳輸質量不高，再加上信號干擾、噪聲等因素，導致數據丟包、失真。此外在產品設計階段，各設備之間接口協議未明確清楚，或者個別子系統設備未按照接口協議要求生產，導致無法數據傳輸錯誤，從而引發(fā)網絡通道無法正常通訊故障。

五、列車網絡通道故障的處理對策

采用TCMS網絡控制系統的優(yōu)點是不運行錯誤的信息。相反地，TCMS系統無效信息將不能被診斷。對于類似中繼閥設備故障或虛接、破皮等接線隱患，導致的網絡通道冗余性丟失，目前還無法通過網絡顯示出最小故障點。針對此類故障，制定了以下處理對策：

1、梳理排查方法

①當DDU顯示黑屏或者網絡通道故障時，可以通過DDU界面維護按鈕查看網絡狀態(tài)顯示，網絡狀態(tài)界面顯示的是列車網絡總線上所掛載設備的通訊情況。若單個設備故障，相應圖標將顯紅。

②進行網絡通道冗余性功能測試：分別將單通道斷開進行測試，切換兩端VCU設備，在DDU界面查看查看網絡狀態(tài)顯示，再對顯示有異常設備進行排查。

③對線路進行絕緣測試，使用萬用表測量網絡通道連接器阻值，并于正常MVB網絡插頭數值進行對比分析。

④測量終端電阻阻值，使用萬用表測量MVB1/MMVB2通道連接器處阻值（常州地鐵1號線MVB插頭標準值為63Ω）。

2、規(guī)范作業(yè)流程

通過規(guī)范生產作業(yè)流程，能夠有效的防止產品質量問題導致的網絡故障。同時在現場安裝過程中，加強質量管控，避免接線問題帶來的安全隱患。在列車例行試驗、調試預驗收工作中，要增加網絡通道功能測試項點，進一步驗證列車網絡控制系統運行的穩(wěn)定性。并且現場采購適量的網絡線纜狀態(tài)診斷設備，對網絡通道進行故障排查。此外，要定期對網絡通信設備開展防靜電除塵維護，降低安全風險系數。

3、定期加強檢查

現場加強檢修質量，要求定期開展檢查，結合計劃修修程對網絡控制系統設備及柜體進行積灰清理。對VCU和RIOM等設備的工作環(huán)境進行優(yōu)化，電氣柜底部增設干燥劑，確保柜體內干燥;在電氣柜柜門處設置通風口便于設備散熱。同時加強對MVB插頭接線檢查，提前發(fā)現問題及時解決。

六、結語

隨著社會的發(fā)展，城市軌道交通運行的安全性、舒適性和可靠性越來越受到乘客的廣泛關注，這就對網絡控制系統提出了更高的要求。網絡通道冗余性丟失，存在重大安全隱患，容易導致DDU黑屏故障，給車輛運行帶來重大影響。因此，需要結合車輛TCMS系統網絡通道故障產生因素，及時做好網絡通道問題排查工作，確保列車運用的穩(wěn)定性和可靠性。運用部門在與車輛主機廠進行設計聯絡與設計審查過程中，對網絡布線、接口協議、EMC測試、故障管理等網絡控制標準必須嚴格規(guī)范。同時車輛主機廠對既有項目出現的問題，應該查明原因，極力避免在新項目中出現。

參 考 文 獻

[1] 黃蘇平.TCMS系統網絡拓撲.南京：中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司，2017